Краски недуга: как люминесцентные растения реагируют на инфекцию

Светящееся растение сообщает о своей молекулярной физиологии изменением цвета свечения. Использование изменения цвета вместо изменения интенсивности света в качестве индикатора позволяет более точно измерять активность генов, корректируя метаболические эффекты, влияющие на излучение света. Фото: @light.bio

Растения способны буквально подсвечивать собственную борьбу с инфекциями. Ученые разработали метод, который позволяет наблюдать за иммунными реакциями живых растений по изменению длины волны биолюминесценции. Новая технология помогает отличать реальные биологические процессы от изменений яркости, вызванных здоровым обменом веществ.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Plants. Работа выполнена специалистами Лаборатории медицинских наук Совета по медицинским исследованиям Великобритании (MRC LMS) совместно с коллегами из компании Light Bio и других научных организаций.

Два цвета вместо игры в угадайку

Автолюминесценция позволяет живым организмам самостоятельно производить свет без добавления специальных химических веществ. Такие системы используют в качестве биологических индикаторов: они помогают выяснять, когда включаются и выключаются определенные гены.

Однако у прежнего подхода была проблема. Свечение зависит не только от активности генов, но и от температуры, уровня кислорода и обмена веществ. Поэтому потускневшее растение не обязательно означает, что нужный ген стал работать слабее: причиной могло оказаться обычное изменение физиологического состояния.

Чтобы решить эту задачу, исследователи создали модифицированный вариант грибковой люциферазы — фермента, участвующего в генерации света, — и объединили его с зеленым светящимся маркером. Новая система использует два цветовых сигнала. Вместо измерения общей яркости ученые сравнивают их соотношение, получая более надежный показатель активности генов. Иными словами, исследователи научились отделять полезный сигнал от биологического «шума».

Как растение показывает место атаки

Метод испытали на резуховидке Таля (Arabidopsis thaliana), отслеживая сигнальные пути, связанные с защитными реакциями. Двухцветная система позволила наблюдать за гормональными ответами и локальной иммунной активностью непосредственно вокруг участков заражения — даже когда обмен веществ заметно влиял на общую яркость свечения.

Исследователи также проверили работу подхода на системах биолюминесценции грибкового и бактериального происхождения. Это указывает на возможность применения метода в разных биологических моделях.

Важное преимущество технологии — возможность длительных наблюдений без повреждения тканей. Ученые могут следить за молекулярными процессами в течение дней, недель и потенциально месяцев или лет, просто фотографируя растения в темноте, без дорогого оборудования и инвазивных процедур.

От грядки до лаборатории будущего

В перспективе такие растения могут стать своеобразными живыми датчиками. Изменение цвета свечения поможет оценивать состояние культур, выявлять болезни и отслеживать влияние вредителей или неблагоприятных условий окружающей среды.

Хотя нынешняя работа посвящена растениям, авторы рассматривают возможность адаптации технологии для тканей животных и моделей заболеваний. Это может помочь изучать активность гормонов, регуляцию генов и развитие патологических процессов на протяжении длительного времени.

Пока речь не идет о готовом устройстве для диагностики болезней у людей, животных или даже у культурных растений. Главный результат исследования — создание более точного способа наблюдения за тем, что происходит внутри живого организма, без вмешательства в его работу.

Недавно ученые нашли биологическое оружие против колорадского жука. Подробнее — в материале Hi-Tech Mail.